Можем ли мы остановить нагрев Земли?

В 2021 году Земля достигла безрадостного рубежа: концентрация углекислого газа (CO2) в атмосфере достигла 150% от его значения в доиндустриальные времена, по данным Метеорологического бюро Великобритании.

Чтобы предотвратить наихудшие последствия изменения климата, миру необходимо сократить чистые выбросы углекислого газа до нуля к 2050 году. Но даже если бы мы достигли этой цели, это не остановило бы внезапное повышение температуры, потому что требуется время, чтобы увидеть влияние сокращения выбросов CO2 на глобальную температуру; негативные последствия глобального потепления сохранятся в течение десятилетий.

Но что еще мы можем сделать для более быстрого снижения температуры? Исследовательская группа из Гарвардского университета считает, что можно добиться временного снижения глобальной температуры, изменив состав верхних слоев атмосферы Земли.

Исследователи надеялись протестировать часть этой технологии — и жизнеспособность своей теории — этим летом в так называемом эксперименте с контролируемыми возмущениями в стратосфере (SCoPEx). Хотя работа была приостановлена, команда все еще надеется, что эксперимент будет продолжен в недалеком будущем.

Конечным источником тепла Земли является солнце, которое омывает дневную сторону планеты постоянным потоком инфракрасного излучения. Около 30% этого отражается обратно в космос атмосферой, остальное нагревает планету днем ​​и излучается обратно в космос ночью.

В хрупком балансе, который преобладал в доиндустриальные времена, поступающее тепло в точности компенсировалось количеством, потерянным в космос, обеспечивая постоянство средних глобальных температур.

Сегодня проблема заключается в том, что выбросы CO2 нарушают этот баланс, поглощая часть тепла, которое должно излучаться обратно в космос, удерживая его внутри атмосферы. Чем больше углекислого газа в атмосфере, тем сильнее повышается температура.

В долгосрочной перспективе люди должны уменьшить количество углекислого газа в атмосфере, чтобы предотвратить наихудшие последствия изменения климата. Но другие процессы могут привести к краткосрочному снижению глобальной температуры.

Например, извержения вулканов выбрасывают облака частиц пыли высоко в стратосферу, верхний слой атмосферы, образуя защитный экран, который не позволяет солнечному теплу достигать поверхности Земли. Например, в результате извержения горы Пинатубо на Филиппинах в 1991 году средняя температура в Северном полушарии упала примерно на 1 градус по Фаренгейту (более чем на половину градуса Цельсия) в течение следующих 15 месяцев.

Команда SCoPEx хочет извлечь выгоду из таких извержений, вводя частицы в верхние слои атмосферы, чтобы снизить температуру. Основная идея, называемая впрыском стратосферного аэрозоля или SAI, проста.

Высоколетящий самолет или гелиевый шар будет распылять партии микроскопических частиц, называемых аэрозолями, в стратосферу на высоте 12,4 миль (20 километров) или более — намного выше, чем обычно летают самолеты. Аэрозоли будут оставаться взвешенными в воздухе, слишком маленькими, чтобы их можно было увидеть как облака с земли, но достаточно непрозрачными, чтобы отражать часть солнечной энергии обратно в космос.

При моделировании SAI представляется жизнеспособной концепцией. В отчете Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) за 2018 год установлено, что парк высоколетающих самолетов может накапливать достаточно аэрозолей, чтобы компенсировать нынешние уровни глобального потепления. Но аэрозоли необходимо пополнять каждые несколько лет, и этот метод устраняет только один из симптомов изменения климата, а не устраняет его основную причину — парниковый эффект.

В лучшем случае это временная мера, противодействующая повышению температуры, в то время как страны одновременно снижают уровень углекислого газа. До сих пор исследования SAI носили теоретический характер, дополненный ограниченным количеством реальных данных об извержениях вулканов. SCoPEx хочет проводить реальные измерения в тщательно контролируемых условиях, что позволяет лучше калибровать компьютерные модели.

«Если мы хотим предоставить лицам, принимающим решения, полезную информацию о том, может ли это сработать, нам необходимо подтвердить наши модели», — сказал главный исследователь проекта Фрэнк Койч с факультета химии и химической биологии Гарвардского университета. Бостон Глоуб.

Вулканы в основном выбрасывают соединения на основе серы. Но эти соединения не только охлаждают атмосферу, но и повреждают защитный озоновый слой Земли, который защищает нас от вредного ультрафиолетового излучения. Таким образом, команда SCoPEx сосредотачивается на менее вредном аэрозоле, карбонате кальция — иными словами, меловой пыли — который, как надеются исследователи, произведет желаемый охлаждающий эффект, не нанося вреда озоновому слою.

Предлагаемый эксперимент

Команда хочет развернуть большой гелиевый шар без экипажа, который был бы похож на стандартный метеозонд, за исключением того, что он был бы оснащен пропеллерами, чтобы позволить команде на земле управлять им контролируемым образом.

При содействии Шведской космической корпорации ученые планировали запустить воздушный шар недалеко от Кируны, Швеция. Во время своего первого полета, который ориентировочно запланирован на следующий год, воздушный шар ничего не выпустит в стратосферу.

Вместо этого он поднимется на высоту 12,4 мили, где команда проверит систему маневрирования и проверит, что все научные инструменты и средства связи работают правильно. Если испытательный запуск будет успешным, во втором полете произойдет контролируемое высвобождение от 2,2 до 4,4 фунтов (1-2 кг) карбоната кальция на той же высоте. Воздушный шар будет постоянно двигаться по прямой линии во время выброса, поэтому частицы аэрозоля образуют узкий шлейф длиной около 0,6 мили (1 км).

Затем воздушный шар повернется обратно через шлейф, наблюдая, как частицы рассеиваются с течением времени и в какой степени они отражают солнечный свет. Каким бы ценным ни был испытательный полет SCoPEx для нашего понимания ВОА, важно видеть проект в перспективе.

«Цель не в том, чтобы изменить климат или даже посмотреть, сможете ли вы отразить солнечный свет», — ранее сказал HowStuffWorks один из ученых проекта, Дэвид Кейт, профессор прикладной физики в Гарварде.

«Цель состоит в том, чтобы просто улучшить наши модели того, как аэрозоли образуются в стратосфере». По словам Кейта, до крупномасштабного выброса аэрозоля потребуется как минимум еще десять лет исследований. По его словам, выброс «может включать в себя закачку в стратосферу около 1,5 миллиона тонн [1,4 миллиона метрических тонн] в год». «Примерно сотне самолетов потребуется непрерывно летать с полезными грузами на высоту до 20 км».

Полемика

Однако SAI остается весьма спорным. Одна из проблем заключается в том, что люди создали климатический кризис, в первую очередь, закачивая парниковые газы в атмосферу, поэтому как люди могут быть уверены, что закачивание в нее аэрозолей улучшит ситуацию? Хотя компьютерное моделирование предполагает, что SAI безопасен, все же существует вероятность того, что он может иметь непредвиденные побочные эффекты.

Существует вероятность того, что это может нарушить погодные условия, нанести вред посевам, уменьшив количество солнечного света, которое они получают, и — если используются сульфидные аэрозоли — повредить озоновый слой. Действительно, некоторые ученые опасаются следовать путем SAI. «То, что мы действительно можем попытаться контролировать весь климат, — довольно устрашающая идея», — говорит Дуглас МакМартин, старший научный сотрудник и старший преподаватель механической и аэрокосмической инженерии Корнельского университета и профессор-исследователь вычислительных и математических наук Калифорнийского института исследований.

Технологии, сказал журнал Smithsonian. И IPCC в ходе обсуждения того, что группа назвала модификацией солнечного излучения (SRM) в 2018 году, пришла к выводу, что «совокупная неопределенность, включая технологическую зрелость, физическое понимание, потенциальные воздействия и проблемы управления, ограничивают возможность внедрения SRM. в ближайшем будущем.

«Из-за этих опасений команда SCoPEx отложила первый рейс своего гелиевого шара «до тех пор, пока не будет проведен более тщательный процесс взаимодействия с обществом для решения вопросов, связанных с исследованиями солнечной геоинженерии в Швеции».

Но Кейт утверждал, что реальная опасность заключается в том, что некоторые независимые организации внедряют SAI без тех научных данных, которые хочет получить SCoPEX. Второе серьезное возражение против исследования ВОФК состоит в том, что правительства и корпорации, которые уже не хотят сокращать выбросы углекислого газа, будут цепляться за ВОА как доказательство того, что такие сокращения не нужны.

Эта ситуация может свести на нет любые потенциальные преимущества SAI. Даже если миссия SCoPEx будет успешной и SAI будет полностью реализован, он только дополнит, а не заменит сокращение выбросов углекислого газа.

Лиззи Бернс, управляющий директор Гарвардской программы исследований солнечной геоинженерии, провела яркую аналогию: «Это похоже на обезболивающее. Если вам нужна операция и вы принимаете обезболивающее, это не значит, что вам больше не нужна операция.